中国信通院刘璐研究团队：片间光互连发展态势分析

  片间光互连发展态势分析

  随着各行业数字化转型升级进度加快，大数据和云计算等新技术的迅速普及应用，尤其是近两年来，人工智能大模型热潮兴起，算力需求大增，电子信息技术面临带宽和能耗挑战，光互连成为重要发展方向。本文聚焦片间光互连，针对数据中心和计算中心两大应用场景，梳理技术动态，分析产业生态与标准化进展，并研判发展趋势。

  数据中心场景中的片间光互连技术发展态势

  1、光电合封(Co-Packaged Optics, CPO)技术助力数据中心升级

  · 传统可插拔光模块面临端口密度和能耗挑战，CPO 技术应运而生。CPO 将交换芯片与光芯片封装，可降低功耗、提高集成度等。

  · 硅光集成方案成为主流，如英特尔发布的 CPO 进展可实现特定信号传输且功耗低。

  · 集成光子技术方案中的光源集成一直是核心技术挑战之一，外置光源成为趋势，可降低光收发单元热量和功耗。

  1、产业发展与标准建立

  · 近 3 年 CPO 样机相继发布，多数厂商在美国，国内略有滞后。

  · CPO 远期市场景气，产业链初步形成，预计不会形成垄断生态，大量商用可能在未来 3 - 5 年。

  · 大型国际标准组织作出部署，CPO 标准体系初步建立，下一步重点可能是测试规范。

图1 CPO结构

  计算中心场景中的片间光互连技术发展态势

  1、光输入输出(Optical Input Output，OIO)技术成为重要路径

  · 传统方式无法满足高性能计算互连需求，OIO 技术面向分布式计算系统，可提升性能。根据Lockheed Martin公司数据，相比于传统商业解决方案，OIO可将数据传输带宽提升7倍，功耗降低为1/5，尺寸降低为1/12，大幅提升互连性能，满足高性能计算场景需求，同时也为资源池化提供了性能保证。

  · 芯粒为片间互连提供可行的产品形态，OIO 需结合芯粒与硅光技术，可实现高效互连。

  2、产业与标准进展

  · 计算领域巨头布局，OIO 相关产品初具雏形。

  · OIO 远期市场景气，产业链初步形成，商业生态完全爆发可能在 5 年以后。

  · OIO 标准研制尚处初期，相关协议对物理层和软件层的标准化将助力其发展。

  · OIO 比 CPO 性能要求更高，产业化标准化进度更滞后。

  总结

  本文通过对数据中心和计算中心场景下片间光互连技术的研究，展示了 CPO 和 OIO 技术的发展情况，包括技术优势、产业现状和标准建立等方面。强调了片间光互连虽有进展，但面临挑战，需技术、产业和标准协同发展，以满足高带宽、低延迟和高能效的要求，推动其在多领域的应用。